Qué es el efecto Hall y cómo funcionan los sensores de efecto Hall
El Efecto Hall es el método más común para medir el campo magnético y los sensores de Efecto Hall son muy populares y tienen muchas aplicaciones contemporáneas. Por ejemplo, se pueden encontrar en los vehículos como sensores de velocidad de las ruedas, así como sensores de posición del cigüeñal o del árbol de levas. También se utilizan a menudo como interruptores, brújulas MEMS, sensores de proximidad, etc. Ahora repasaremos algunos de estos sensores y veremos cómo funcionan, pero primero vamos a explicar qué es el Efecto Hall.
¿Qué es el Efecto Hall?
Aquí tienes el experimento que explica el Efecto Hall: Si tenemos una placa conductora delgada, como la que se ilustra, y ponemos a fluir corriente a través de ella, los portadores de carga fluirían en línea recta de un lado a otro de la placa.
Ahora bien, si acercamos algún campo magnético a la placa, perturbaríamos el flujo recto de los portadores de carga debido a una fuerza, llamada Fuerza de Lorentz (Wikipedia). En ese caso los electrones se desviarían hacia un lado de la placa y los huecos positivos hacia el otro lado de la placa. Esto significa que si ahora ponemos un medidor entre los otros dos lados obtendremos un cierto voltaje que puede ser medido.
Así que el efecto de obtener un voltaje medible, como explicamos anteriormente, se llama efecto Hall en honor a Edwin Hall que lo descubrió en 1879.
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Sensores de Efecto Hall
El elemento Hall básico de los sensores magnéticos de Efecto Hall proporciona, en su mayoría, un voltaje muy pequeño de sólo unos microvoltios por Gauss, por lo que estos dispositivos suelen fabricarse con amplificadores de alta ganancia incorporados.
Hay dos tipos de sensores de efecto Hall, uno que proporciona una salida analógica y otro digital. El sensor analógico está compuesto por un regulador de tensión, un elemento Hall y un amplificador. En el esquema del circuito podemos ver que la salida del sensor es analógica y proporcional a la salida del Elemento Hall o a la intensidad del campo magnético. Este tipo de sensores son adecuados y se utilizan para medir la proximidad debido a su salida lineal continua.
Por otro lado, los sensores de salida digital proporcionan sólo dos estados de salida, «ON» u «OFF». Este tipo de sensores tienen un elemento adicional, como se ilustra en el esquema del circuito. Se trata del disparador de Schmitt, que proporciona histéresis o dos niveles de umbral diferentes para que la salida sea alta o baja. Para más detalles de cómo funciona el Schmitt Trigger, puedes consultar mi tutorial particular para ello.
Un ejemplo de este tipo de sensores es el interruptor de efecto Hall. A menudo se utilizan como interruptores de límite, por ejemplo en impresoras 3D y máquinas CNC, así como para la detección y el posicionamiento en los sistemas de automatización industrial.
Otras aplicaciones contemporáneas de los sensores de efecto Hall son la medición de la velocidad de la rueda/rotor o las RPM, así como la determinación de la posición del cigüeñal o del árbol de levas en los sistemas de motor. Estos sensores se componen de un elemento Hall y un imán permanente que se colocan cerca de un disco dentado unido al eje giratorio.
El espacio entre el sensor y los dientes del disco es muy pequeño por lo que cada vez que un diente pasa cerca del sensor cambia el campo magnético circundante que hará que la salida del sensor sea alta o baja. Así que la salida del sensor es una señal de onda cuadrada que se puede utilizar fácilmente para calcular las RPM del eje giratorio.